建筑工程施工中的換填法地基加固技術(shù)

王繼平

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046011）

0 引言

在建筑工程項(xiàng)目領(lǐng)域中使用地基加固處理技術(shù)以后，快速的提升了地基的處理效果，并使得建筑工程項(xiàng)目整體的穩(wěn)定性得到了顯著的提高。在軟弱地基處理的過(guò)程中，使用的處理方法比較簡(jiǎn)單，對(duì)地基加固施工技術(shù)的研究比較淺顯，使得先進(jìn)的施工技術(shù)很難發(fā)揮出應(yīng)有的作用。進(jìn)入新時(shí)代以后，地基施工技術(shù)的發(fā)展速度越來(lái)越快，使用地基換填加固施工技術(shù)后，通過(guò)對(duì)施工工序的合理選擇，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程項(xiàng)目施工技術(shù)要點(diǎn)和施工步驟的不斷明確，顯著的提升了軟土地基的處理能力，為建筑施工企業(yè)的快速發(fā)展提供了保障。

1 建筑地基加固概述

1.1 地基處理的重要意義

房屋建筑工程項(xiàng)目在處理地基時(shí)，要以相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，假如地基處理的技術(shù)不能滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)使得房屋建筑工程項(xiàng)目出現(xiàn)坍塌、裂縫、下沉和傾斜等風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，給房屋使用者的人身和財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。在處理地基時(shí)，要重點(diǎn)考核動(dòng)力特征、沉降量和抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)信息，使得地基的強(qiáng)度能夠滿足房屋建筑工程項(xiàng)目驗(yàn)收的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）抗剪強(qiáng)度。房屋建筑地基的抗剪強(qiáng)度存在著一定的差別，假如房屋建筑工程項(xiàng)目的建筑荷載比較大，在出現(xiàn)荷載偏移的問(wèn)題以后，地基抗剪能力就會(huì)隨之變?nèi)?，使得建筑物出現(xiàn)傾斜的情況，給建筑物整體的穩(wěn)定性造成了不良的影響。在處理房屋建筑工程的地基時(shí)，要對(duì)抗剪強(qiáng)度進(jìn)行不斷地提升。

（2）沉降量控制。房屋建筑具有一定的荷載重量存在，特別是對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，地基沉降量會(huì)出現(xiàn)隨之增加的情況，假如沉降量不均勻，房屋建筑出現(xiàn)傾斜的情況以后，就會(huì)破壞建筑物的整體性能。在處理地基時(shí)，要選擇使用科學(xué)的處理方法，對(duì)沉降量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使其滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）地基動(dòng)力特點(diǎn)。地基動(dòng)力特點(diǎn)主要表現(xiàn)為抗震效果，將地震給建筑物造成的副作用控制到最低，使得建筑物的安全性得到不斷地提升[1]。

1.2 地基換填加固處理技術(shù)

在房屋建筑領(lǐng)域中，高層建筑的施工技術(shù)要求比較高，在加固處理地基時(shí)，需要對(duì)建筑物地基的承載能力給予重點(diǎn)的關(guān)注。在處理高層建筑地基時(shí)，要合理的選擇施工技術(shù)，對(duì)地層結(jié)構(gòu)和地基土質(zhì)做到詳細(xì)的分析，并做好建筑物地層水文條件的勘查工作，搜集大量的參數(shù)信息，使用現(xiàn)代化的技術(shù)手段進(jìn)行分析，使得影響地基穩(wěn)定性的因素得到明確，選擇使用最科學(xué)的換填法來(lái)處理地基。①將原有承載力比較差的軟土地基全部剔除干凈，使用臺(tái)階法完成挖掘施工任務(wù)，并采取有效的措施壓實(shí)地基。②在填充剔除軟土位置的地基時(shí)，選擇使用的填充材料一定要滿足承載的要求。換填施工時(shí)，使用臺(tái)階式分層填充的方式完成相關(guān)的施工任務(wù)。③換填施工時(shí)，要壓實(shí)新填充的混凝土材料，回填物質(zhì)的性能要達(dá)到房屋建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)要求。

2 工程概況

房屋建筑工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)類型為條形，基礎(chǔ)埋深能夠達(dá)到2m 以上，建筑層數(shù)為6 層，以磚混結(jié)構(gòu)為主。分析地質(zhì)勘查材料發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)以卵石層、中砂層、粉土、黏土、素填土和耕土等為主。天然地基的承載能力比較差，不具備持力層的作用。

3 地基處理中換填法所需施工材料

（1）砂石。砂石的級(jí)配良好、質(zhì)地比較堅(jiān)硬，含泥量保持在5%以內(nèi)，不會(huì)有植物質(zhì)殘?bào)w和垃圾存在。使用粉細(xì)砂換填地基時(shí)，將最大粒徑的卵石和碎石摻加在其中，摻加的比例設(shè)置為30%。

（2）素土。素土的主要類型包括膨脹土和無(wú)凍土，有機(jī)質(zhì)含量要保持在5%以內(nèi)。素土中包含的碎石粒徑要保持在50mm 以內(nèi)。如果施工現(xiàn)場(chǎng)的地基以濕陷性黃土地基為主，不僅要對(duì)碎石的粒徑進(jìn)行合理的控制，還要控制好素土中不能有滲水材料存在。

（3）灰土。新鮮的消石灰是灰土的主要構(gòu)成成分，粒徑保持在5mm 以內(nèi)。

（4）粉煤灰。干排的低鈣灰是粉煤灰的主要成分，做好粉煤灰含水量的控制工作，在轉(zhuǎn)運(yùn)施工時(shí)，含水量要保持在25%以內(nèi)[2]。

（5）干渣。在地基換填施工時(shí)，干渣的常見類型有混合干渣、分級(jí)干渣和原狀干渣等，要結(jié)合地基的具體施工情況來(lái)合理選擇干渣類型。

4 地基加固中換填法的設(shè)計(jì)理念

淺層軟土和不均勻地基的穩(wěn)定性比較差，需要使用換填的方法進(jìn)行處理，對(duì)承載性能比較差的軟土進(jìn)行確定后，換填施工時(shí)，要選擇使用優(yōu)質(zhì)土石料，在碾壓振動(dòng)和打夯加密處理以后，使得地基的穩(wěn)定性得到保證。換填法也叫做墊層法，換填使用的墊層厚度要保持在3cm 以內(nèi)，如果墊層比較厚，需要對(duì)工程量進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?，?dǎo)致?lián)Q填施工成本投入不斷增加。換填法施工原理如圖1 所示。

圖1 換填法施工原理

在換填法施工時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)標(biāo)高以下的軟土進(jìn)行高效的清理，換填施工以分層施工為主，將砂礫料夯實(shí)，使得砂礫墊層的受力變得更加穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)性能良好。墊層將基底壓力傳遞到下方，大范圍的軟土層會(huì)受到外力的影響，采取積極的措施對(duì)受力條件進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，使得局部集中受力的情況得到有效的避免。砂礫層下方是軟土層時(shí)，將其當(dāng)做下臥層處理，對(duì)埋深進(jìn)行增加，不斷地提升承載力，與軟土的允許承載力極限值相比較，實(shí)際受力壓力比較小，受力比較穩(wěn)定。砂礫施工墊層的壓縮不夠明顯，使基礎(chǔ)沉降得到了最大程度的減小。

（1）墊層厚度。結(jié)合置換軟弱土的深度和下臥圖層的承載力來(lái)對(duì)墊層的厚度進(jìn)行確定，具體的關(guān)系如式（1）所示。

式中：Pz——墊層底面的附加壓力設(shè)計(jì)值；Pcz——墊層底面土的自重壓力標(biāo)準(zhǔn)值；fz——地基承載力設(shè)計(jì)值。

在對(duì)Pz的值進(jìn)行確定時(shí)，使用的條形基礎(chǔ)和矩形基礎(chǔ)公式如式（2）、式（3）所示。

式中：b——基礎(chǔ)底寬；P——基礎(chǔ)底面壓力設(shè)計(jì)值；Pc——基礎(chǔ)底面土的自重壓力標(biāo)準(zhǔn)值；z——墊層厚度；θ——墊層的壓力擴(kuò)散角；I——矩形基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度。換填材料的具體情況如表1 所示。

表1 換填材料選值

墊層的最佳厚度值為3m 左右，要結(jié)合地基換填加固要求和工程項(xiàng)目的具體克旗來(lái)合理的取值。

以基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴(kuò)散要求為依據(jù)，對(duì)墊層底面的寬度（b＇）進(jìn)行合理的控制，具體的計(jì)算方法如式（4）所示。

墊層頂部邊緣位置比較薄弱，每邊比基礎(chǔ)底邊超出的長(zhǎng)度要達(dá)到3m 左右，在夯實(shí)以后，其密實(shí)性會(huì)發(fā)生根本性的提升。

（2）墊層承載力。在施工現(xiàn)場(chǎng)完成荷載試驗(yàn)工作，以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，對(duì)墊層承載力控制值進(jìn)行合理的選擇[3]。

（3）計(jì)算變形。軟弱下臥層處于墊層下部，要及時(shí)開展地基變形計(jì)算工作。對(duì)于重要的建筑物來(lái)說(shuō)，不僅要對(duì)地基變形進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，還要對(duì)下方軟土和墊層的壓縮量進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)常使用的計(jì)算方法有分層總和法、附加應(yīng)力法等。在選擇墊層施工材料時(shí)，要遵循就近施工原則，選擇使用砂礫、粗砂和中砂等質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的材料，其含泥量要保持在3%以內(nèi)。在墊層分層施工的過(guò)程中，每層厚度要保持在30cm 左右，逐層壓實(shí)，壓實(shí)施工時(shí)，要及時(shí)的灑水濕潤(rùn)，使得墊層填筑材料的密實(shí)度得到不斷地提升。

5 換填施工工藝

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→分層填筑→灑水→壓實(shí)→找平→質(zhì)量檢驗(yàn)。

5.2 施工要點(diǎn)

回填施工材料以卵石和砂為主，其占比為1:1，級(jí)配砂石要確保干凈，不能有任何的雜質(zhì)存在；砂以中粗砂的施工效果最佳，地質(zhì)也比較堅(jiān)硬。

在鋪設(shè)墊層時(shí)，要及時(shí)做好防護(hù)工作，防止給墊層下臥層或者是側(cè)壁的軟弱土層造成任何的不良影響。墊層施工要以分層施工為主，要逐層完成夯實(shí)和鋪設(shè)施工任務(wù)，對(duì)每層的鋪設(shè)厚度進(jìn)行嚴(yán)格的管控，將網(wǎng)格標(biāo)樁設(shè)置在基坑內(nèi)，為后續(xù)的鋪設(shè)施工厚度做好鋪墊。墊層鋪設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)，如果地下水位比較高或者是有飽和軟弱地基存在，要及時(shí)開展基坑外側(cè)四周和基坑內(nèi)部排水工作，防止在水的侵蝕下，砂出現(xiàn)大量的流失。在對(duì)地下水水位進(jìn)行降低時(shí)，其最佳的位置為基坑底部500mm 以內(nèi)的位置處。振動(dòng)碾壓施工的效果受級(jí)配砂石含水量的直接影響，在碾壓施工以前，對(duì)含水量進(jìn)行認(rèn)真的檢測(cè)，以檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)做好調(diào)整工作，最佳含水量要保持在11%左右。在地基換填施工的過(guò)程中，碾壓和填筑施工要以分層施工為主，換填厚度達(dá)到2m時(shí)，就要夯實(shí)施工一次。換填施工的寬度為基礎(chǔ)外邊5m 左右，使得邊緣部位在夯實(shí)以后，其穩(wěn)定性得到不斷地提升，夯實(shí)系數(shù)要保持在0.98 左右。機(jī)械施工法的工作效率比較高，會(huì)給基坑四周的土體穩(wěn)定性造成不同程度的影響，所以，在機(jī)械設(shè)備操作時(shí)，要聽從施工現(xiàn)場(chǎng)人員的指揮，嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行操作。壓實(shí)施工達(dá)到最后一層時(shí)，使用拉線的方式找平地面，并對(duì)標(biāo)高給予嚴(yán)格的管控[4]。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)

在回填砂卵石時(shí)，要采取積極的措施防護(hù)軸線樁和標(biāo)準(zhǔn)高程樁，將位移、失穩(wěn)等問(wèn)題控制到最低，在施工時(shí)，要定期組織開展復(fù)測(cè)工作，對(duì)存在的偏差進(jìn)行及時(shí)的糾正。在地基換填施工時(shí)，要體現(xiàn)出全面性的特點(diǎn)，不能有任何遺漏的問(wèn)題存在。在邊坡施工的整個(gè)過(guò)程中，要對(duì)其穩(wěn)定性給予足夠的重視，受施工工期比較緊和夜間施工的影響，要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)做好安全管理工作，施工現(xiàn)場(chǎng)的照明設(shè)備要準(zhǔn)備充足，從而使所有的施工任務(wù)能夠得以高效的完成。

5.4 地基換填常見問(wèn)題與預(yù)防措施

（1）大面積下沉。出現(xiàn)大面積下沉問(wèn)題的主要原因?yàn)榉謱犹钪┕さ暮穸缺容^大，局部碾壓施工不到位，或在碾壓施工時(shí)，灑水工作沒(méi)有落實(shí)到實(shí)處。要以相關(guān)的要求為依據(jù)，對(duì)分層填筑施工厚度和碾壓遍數(shù)等參數(shù)做到全面的掌控。

（2）局部下沉。邊緣位置和轉(zhuǎn)角振搗不到位，留接茬的施工位置會(huì)因振搗施工不到位或者是搭接不合理等原因的影響而出現(xiàn)松散的情況。

（3）級(jí)配不良。安排專人對(duì)施工材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，如果有石堆、砂窩等情況出現(xiàn)以后，要立即采取措施予以處理。

（4）密實(shí)度不合格。在施工時(shí)，遵循的主要原則為分層施工，并做好逐層檢查工作，在確保本層施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)的情況下，將后續(xù)施工任務(wù)安排好。

（5）如果砂石地基的具體位置為地下水位以下，最底層厚度要比其他層厚度厚5cm。

（6）砂石墊層的厚度要保持在1m 以上[5]。

5.5 質(zhì)量檢驗(yàn)

逐層開展施工質(zhì)量檢查工作，使用的主要方法為環(huán)刀法和灌入法。對(duì)施工技術(shù)參數(shù)和挖掘施工強(qiáng)度做到全面的掌握，確保其滿足施工建設(shè)的各項(xiàng)要求。在換填施工以前，對(duì)施工范圍進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，將施工現(xiàn)場(chǎng)的所有雜質(zhì)全部清理干凈，做好場(chǎng)地平整作業(yè)。在場(chǎng)地四周將排水溝設(shè)置好，使得積水問(wèn)題得到及時(shí)的排除干凈。以設(shè)計(jì)圖紙信息為依據(jù)，做好測(cè)量放樣工作，并及時(shí)的復(fù)核。起重機(jī)就位以后，對(duì)挖錘的姿態(tài)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，與準(zhǔn)挖點(diǎn)保持對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)挖掘施工。

6 地基換填加固處理質(zhì)量控制

6.1 注漿法

在處理等待加固的地基時(shí)，要對(duì)注漿施工任務(wù)給予重點(diǎn)的關(guān)注，在漿液固結(jié)以后，地基的穩(wěn)定性就會(huì)快速的提升。漿液在特定的壓力作用下，向結(jié)構(gòu)裂縫位流動(dòng)，在裂縫得到填充的同時(shí)，也會(huì)使分散的結(jié)構(gòu)連接成為一個(gè)整體。處理地基施工時(shí)出現(xiàn)的裂縫結(jié)構(gòu)時(shí)，要使用注漿法對(duì)雨水滲透和結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題進(jìn)行高效的解決。做好漿液質(zhì)量檢查工作，對(duì)注漿速度、注漿量等關(guān)鍵性參數(shù)信息做到不斷地升級(jí)，使用科學(xué)的方式完成指定位置注漿施工任務(wù)。

6.2 積水處理

在基坑挖掘施工的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題有土壤抗?jié)B透性能差和水位偏高等問(wèn)題，如果沒(méi)有及時(shí)的采取有效的措施予以解決，就會(huì)使得基坑的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的影響。將擋板安裝到地基表面上，將拌制好的漿液從地基與擋板的縫隙位置灌入，并采取有效的措施予以壓實(shí)處理，從而使施工效果得到不斷地增強(qiáng)。

7 結(jié)語(yǔ)

房屋建筑工程項(xiàng)目在建設(shè)施工時(shí)，如果遇到軟土地基等地基承載能力比較差的情況后，需要采取積極的措施來(lái)對(duì)地基進(jìn)行加固處理。在處理地基時(shí)，使用頻率最高的方法就是換填法，將特定深度的軟弱土清理干凈，使用優(yōu)質(zhì)的材料換填，從而使地基的變形問(wèn)題和承載力問(wèn)題得到高效的解決，顯著提升工程項(xiàng)目的地基施工質(zhì)量。